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Method Article
Ici, nous décrivons un protocole dans lequel un modèle de xénogreffe dérivée d’un patient atteint de leucémie lymphoblastique aiguë est utilisé comme stratégie pour évaluer et surveiller les toxicités associées aux lymphocytes T du récepteur de l’antigène chimérique CD19.
La thérapie cellulaire par récepteur T de l’antigène chimérique (CART) est devenue un outil puissant pour le traitement de plusieurs types de tumeurs malignes CD19+ , ce qui a conduit à l’approbation récente par la FDA de plusieurs thérapies cellulaires CART ciblées par CD19 (CART19). Cependant, la thérapie cellulaire CART est associée à un ensemble unique de toxicités qui entraînent leur propre morbidité et mortalité. Cela inclut le syndrome de libération de cytokines (SRC) et la neuroinflammation (NI). L’utilisation de modèles murins précliniques a été cruciale dans la recherche et le développement de la technologie CART pour évaluer à la fois l’efficacité et la toxicité CART. Les modèles précliniques disponibles pour tester cette immunothérapie cellulaire adoptive comprennent des modèles de souris syngéniques, xénogreffées, transgéniques et humanisées. Il n’existe pas de modèle unique qui reflète parfaitement le système immunitaire humain, et chaque modèle a des forces et des faiblesses. Cet article sur les méthodes vise à décrire un modèle de xénogreffe dérivé d’un patient utilisant des blastes leucémiques de patients atteints de leucémie lymphoblastique aiguë comme stratégie pour évaluer les toxicités associées à CART19, CRS et NI. Il a été démontré que ce modèle récapitule les toxicités associées à CART19 ainsi que l’efficacité thérapeutique observée en clinique.
La thérapie cellulaire par récepteur T de l’antigène chimérique (CART) a révolutionné le domaine de l’immunothérapie du cancer. Il s’est avéré efficace dans le traitement de la leucémie lymphoblastique aiguë (LAL) récidivante / réfractaire, du lymphome à grandes cellules B, du lymphome à cellules du manteau, du lymphome folliculaire et du myélome multiple 1,2,3,4,5,6,7, conduisant à des approbations récentes de la FDA. Malgré le succès initial des essais cliniques, le traitement par thérapie cellulaire CART entraîne des toxicités souvent graves et parfois mortelles. Les toxicités les plus courantes après la thérapie cellulaire CART comprennent le développement du SRC et de l’IN, également appelé syndrome de neurotoxicité associée aux cellules effectrices immunitaires (ICANS)8,9. Le SRC est dû à la suractivation et à l’expansion massive des cellules CART in vivo, entraînant la sécrétion ultérieure de multiples cytokines inflammatoires, notamment l’interféron-γ, le facteur de nécrose tumorale α, le facteur de stimulation des colonies de granulocytes-macrophages (GM-CSF) et l’interleukine-6 (IL-6). Il en résulte une hypotension, de fortes fièvres, un syndrome de fuite capillaire, une insuffisance respiratoire, une défaillance multiviscérale et, dans certains cas,la mort 10,11. Le SRC se développe dans 50 à 100 % des cas après la thérapie cellulaire CART1911,12,13. ICANS est un autre événement indésirable unique associé à la thérapie cellulaire CART et se caractérise par un œdème cérébral généralisé, une confusion, une obnubilation, une aphasie, une faiblesse motrice et, occasionnellement, des convulsions 9,14. Tout grade d’ICANS survient chez jusqu’à 70% des patients, et des grades 3-4 sont rapportés chez 20-30% des patients 5,10,15,16. Dans l’ensemble, les SRC et les ICANS sont courants et peuvent être mortels.
La prise en charge d’ICANS après la thérapie cellulaire CART est difficile. La plupart des patients atteints d’ICANS présentent également un CRS17, qui peut souvent être traité avec l’antagoniste des récepteurs de l’IL-6 tocilizumab ou des stéroïdes18. Un rapport précédent a révélé qu’une intervention précoce avec le tocilizumab diminuait le taux de SRC sévère mais n’affectait pas l’incidence ou la gravité de l’ICANS19. Actuellement, il n’existe pas de traitement efficace ou d’agent prophylactique pour ICANS, et il est crucial d’étudier des stratégies préventives20.
Les cellules myéloïdes et les cytokines/chimiokines associées seraient les principaux moteurs du développement du SRC et de l’ICANS21. Alors que le CRS est directement lié à l’élévation extrême des cytokines et à l’expansion des lymphocytes T, la physiopathologie d’ICANS est largement inconnue22,23. Il est donc impératif d’établir un modèle murin qui récapitule ces toxicités après la thérapie cellulaire CART pour étudier les mécanismes et développer des stratégies préventives.
Plusieurs modèles animaux précliniques sont actuellement utilisés pour étudier, optimiser et valider l’efficacité des cellules CART, ainsi que pour surveiller leurs toxicités associées. Il s’agit notamment de souris syngéniques, xénogreffées, transgéniques immunocompétentes, transgéniques humanisées et xénogreffes dérivées de patients, en plus des modèles de primates. Cependant, chacun de ces modèles présente des inconvénients, et certains ne reflètent pas les véritables préoccupations en matière d’efficacité ou d’innocuité des cellules CART24,25. Par conséquent, il est impératif de choisir soigneusement le meilleur modèle pour les objectifs visés de l’étude.
Cet article vise à décrire la méthodologie utilisée pour évaluer les toxicités associées aux cellules CART, CRS et NI, à l’aide d’un modèle in vivo de xénogreffe dérivée de patients (PDX) LAL (Figure 1). Plus précisément, dans les méthodes décrites ici, les cellules CART19 générées dans le laboratoire des auteurs sont utilisées selon les protocoles décrits précédemment. En bref, les lymphocytes T humains sont isolés à partir de cellules mononucléées du sang périphérique (PBMC) de donneurs sains par une technique de gradient de densité, stimulés avec des billes CD3/CD28 au jour 0 et transduits lentiviraux le jour 1 avec des CARs composés d’un fragment variable à chaîne unique ciblant CD19 fusionné aux domaines de signalisation 4-1BB et CD3ζ. Ces cellules CART sont ensuite dilatées, déperlées le jour 6 et cryoconservées le jour 8 26,27,28,29,30. Comme indiqué précédemment, les souris sont soumises à un traitement lymphodéplétif, suivi de l’administration de blastes leucémiques dérivés du patient (LAL)28. Tout d’abord, la greffe de tumeur est vérifiée par prélèvement de sang sous-maxillaire. Après l’établissement d’une charge tumorale appropriée, des cellules CART19 sont administrées aux souris. Ensuite, les souris sont pesées quotidiennement pour évaluer leur bien-être. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) chez les petits animaux est effectuée pour évaluer l’IN, ainsi que le saignement de la queue pour évaluer l’expansion des lymphocytes T et la production de cytokines / chimiokines. Les techniques décrites ci-dessous sont fortement recommandées pour être utilisées comme modèle pour étudier les toxicités associées aux cellules CART dans un modèle PDX.
Ce protocole suit les directives du comité d’examen institutionnel (IRB), du comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (IACUC A00001767) et du comité institutionnel de biosécurité (IBC, Bios00000006.04) de la Mayo Clinic.
NOTE: Tous les matériaux utilisés pour travailler avec les souris doivent être stériles.
1. Injection de busulfan à des souris NSG
2. Injection de TOUS les blastes dérivés du patient (CD19+) aux souris NSG
REMARQUE: Ce protocole suit les directives du comité institutionnel de biosécurité de la Mayo Clinic (IBC, Bios00000006.04).
3. Évaluation de la greffe de tumeur
4. Administration de cellules CART19 in vivo
5. Évaluation des toxicités associées aux cellules CART19
6. Imagerie IRM
REMARQUE : Un scanner IRM préclinique (pour petits animaux) avec un aimant à alésage vertical a été utilisé pour la résonance magnétique in vivo et l’acquisition d’images32,33.
L’objectif de ce protocole est d’évaluer les toxicités associées aux cellules CART à l’aide d’un modèle de souris PDX à partir de cellules tumorales de patients atteints de LAL (Figure 1). Tout d’abord, les souris NSG ont reçu des injections i.p. de busulfan (30 mg / kg) dans le but de les immunosupprimer et de faciliter la greffe de cellules CART28. Le lendemain, ils ont reçu ~5 × 106 PBMC (i.v.) dérivés de TOUS les patients. Les souri...
Dans ce rapport, une méthodologie pour évaluer les toxicités associées aux cellules CART à l’aide d’un modèle ALL PDX a été décrite. Plus précisément, ce modèle cherche à imiter deux toxicités potentiellement mortelles, CRS et NI, que les patients éprouvent souvent après la perfusion de cellules CART. Il récapitule de nombreuses caractéristiques des toxicités CART observées en clinique : perte de poids, dysfonctionnement moteur, neuroinflammation, production de cytokines inflammatoires et de chimi...
S.S.K. est un inventeur de brevets dans le domaine de l’immunothérapie CAR qui sont concédés sous licence à Novartis (par le biais d’un accord entre Mayo Clinic, l’Université de Pennsylvanie et Novartis) et à Mettaforge (par l’intermédiaire de la Mayo Clinic). R.L.S. et S.S.K. sont des inventeurs sur des brevets dans le domaine de l’immunothérapie CAR qui sont concédés sous licence à Humanigen. S.S.K. reçoit des fonds de recherche de Kite, Gilead, Juno, Celgene, Novartis, Humanigen, MorphoSys, Tolero, Sunesis, Leahlabs et Lentigen.
Ce travail a été partiellement soutenu par les National Institutes of Health (R37CA266344, 1K99CA273304), le ministère de la Défense (CA201127), le pipeline K2R de la Mayo Clinic (S.S.K.), le Mayo Clinic Center for Individualized Medicine (S.S.K.) et la Fondation Predolin (R.L.S.). De plus, nous tenons à remercier le personnel de l’installation principale de RMN de la Mayo Clinic. La figure 1 a été créée en BioRender.com
Name | Company | Catalog Number | Comments |
APC Anti-Human CD19 | Biolegend | 302211 | |
Alcohol Prep Pad | Wecol | 6818 | |
Analyze 14.0 software | AnalyzeDirect Inc. | N/A | https://analyzedirect.com/analyze14/ |
Artificial tears (Mineral oil and petrolatum) | Akorn | 17478-062-35 | Topical ophtalmic gel to prevent eye dryness |
BD FACS Lysing Solution | BD | 349202 | Red blood cells lysing buffer |
BD Micro-Fin IV insulin syringes | BD | 329461 | |
Brillian Violet 421 Anti-Human CD45 | Biolegend | 304032 | |
Bruker Avance II 7 Tesla | Bruker Biospin | N/A | MRI machine |
Busulfan (NSC-750) | Selleckchem | S1692 | |
CountBright absolute counting beads | Invitrogen | C36950 | |
CytoFLEX System B4-R2-V2 | Beckman Coulter | C10343 | flow cytometer |
Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline | Gibco | 14190-144 | |
ERT Control/Gating Module | SA Instruments | Model 1030 | Small Animal Monitoring Respiratory and Gating System |
Fetal bovine serum | Millipore Sigma | F8067 | |
Hemocytometer | Bright-Line | Z359629-1EA | |
Human AB Serum; Male Donors; type AB; US | Corning | 35-060-CI | |
Isoflurane (Liquid) | Sigma-Aldrich | 792632 | |
LIVE/DEAD Fixable Aqua Dead Cell Stain Kit, for 405 nm excitation | Invitrogen | L34966 | |
Microvette 500 Lithium heparin | Sarstedt | 20.1345.100 | Blood collection tube |
MILLIPLEX Huma/Cytokine/Chemokine Magnetic Beads Panel | Millipore Sigma | HCYTMAG-60K-PX38 | Immunology Multiplex Assay to identify cytokines and chemokines |
Omniscan | Ge Healthcare Inc. | 0407-0690-10 | Gadolinium-based constrast agent |
Pd Anti-Mouse CD45 | Biolegend | 103106 | |
Penicillin-Streptomycin-Glutamine (100x), Liquid | Gibco | 10378-016 | |
Round Bottom Polysterene Test tube | Corning | 352008 | |
Sodium Azide, 5% (w/v) | Ricca Chemical | 7144.8-16 | |
Stainless Steel Surgical Blade | Bard-Parker | 371215 | |
X-VIVO 15 Serum-free Hematopoietic Cell Medium | Lonza | 04-418Q |
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